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單位】 摘要 本文介紹計算機機房場地監控的主要內容,並通過一個典型的計算機機房場地監控係統介紹FIX軟件的實際應用。 關鍵詞 場地監控 數據采集 I/O驅動摸塊 設備映象表 一、概述 隨著社會電子信息化進程的加快,許多行業計算機中心機房的設備和規模也日趨擴大,與其相配套的環境設備也日益增多,機房的環境設備(供配電、UPS、消防、空調、防盜)一旦出現故障,就會影響計算機係統的安全運行,嚴重時會造成機房內計算機設備損壞,甚至使網絡係統癱瘓,後果不堪設想。因此,為了保證計算機係統安全可靠工作,對機房的環境設備進行自動監控是極其重要的。 二、機房環境設備監控的主要內容 (一)、機房電力監測: 通過測量低壓配電櫃和UPS設備的入端和出端的電壓電流、頻率、電功率值、在監視屏上在線直觀地顯示各路電力參數,以便了解供電品質,各路載荷情況以及UPS設備運行狀況,確保安全供電。 (二)、溫度、濕度監測: 機房的溫度和濕度是重要的環境參數,是計算機設備正常運行的必要條件。為此在機房的主要設備工作間均需安裝溫度和濕度傳感探頭,對溫度、濕度進行實時檢測,在監視屏上顯示各測點溫度、濕度值。當檢測值超過各工作區規定的溫、濕度上、下限值時,在監視屏的相應數據旁用醒目的標誌符的閃動來提示該值的超限報警。為在總體上監視整個機房的溫度,濕度狀況,可在新風機的進風口和主空調機的回風口,分別檢測溫度和濕度。 (三)、門禁係統的監測: 環境監測主控機,能與門禁裝置進行通訊,可收集並顯示每個門禁裝置內儲存的數名持卡人出入工作間的磁卡號和出入時間日期。同時可設定,消除或修正門禁裝置內的識別密碼和允許出入時間等。 (四)、安全防破壞監視: 計算機房做為計算機網絡的樞扭,安全性十分重要,因此必須具有安全防破壞入侵功能。為此在主要設備工作間都安裝雙鑒紅外探頭,這樣在非常管製時期,一旦有破壞性入侵,雙鑒探頭即發出信號,監視器即時顯示破壞性入侵部位,並驅動報警裝置進行聲光報警。 (五)、火警消防監測: 根據安裝在主控室、主機室、終端室、通訊網絡室、微機房等重點消防區的感煙探測器及感溫探測器發出的信號,在監視器上顯示火警方位,發出聲光報警。 (六)、機房漏水監測: 在環繞機房的重點部位及空調機的加加濕管、抽濕管、本體等部位的活動地板下,設置漏水傳感器,一旦機房出現漏水情況,即顯示漏水部位並報警。 三、監控係統的要求 由於計算機房場地監督控製係統所扮演角色的重要性,因而它要比其它普通監控和數據采集(Supervisory Control And Date Acquisition)即SCADA係統有更高的要求: 1、係統的可靠性:要求無故障運行時間更長,係統可用率高,係統的硬件和軟件工作穩定,而係統的維修能快速簡便,使停機時間達到最短。 2、安全性:係統可提供多種安全保護措施,可對多種異常狀態進行分析,記錄、及時報警,以使操作員盡快了解所發生的情況並及時處理。 3、係統的功能:要求可實現的監控目標更高,功能更趨綜合化,不僅提供一般的係統報警功能,而且有數據記錄和曆史曲線記憶等功能。 4、係統的易用性:要求有非常友好的人――機界麵,隨著圖形用戶界麵(GUI)技術的不斷發展和完善,監視器上窗口化的操作將成為主流。在計算機房場地監控係統中,各種機房場地設備的運行狀態和參數,均由形象、生動、直觀的圖表畫麵來顯示,同時操作方式要求軟件化,即通過用鼠標在監視器上對一些用模擬圖表示的軟件按鈕的操作來實現相應的監視項目或完成某項控製功能。 5、係統容易擴充:可以在對係統進行少量更改或擴充後增添新的監控項目,擴充監測點數,適應新監控要求,並且可實現網絡功能。 高性能的計算機房場地監控係統是一個分布式網絡結構的監督控製和數據采集(SCADA)係統。它是根據當今計算機產品和技術發展的大趨勢--開放係統結構(Open System Architecture)和在這個大趨勢下產生的新一代計算機房場地監控係統。在開放環境下,一個自動化監控係統的設計應該遵循如下原則: l 采用具有最大市場銷售量的標準化,通用化和係統化的計算機硬件產品。 l 監控係統軟件要具有良好的模塊化程度及標準的互聯接口,便於組成各種規模的係統及有利於產品和技術的更新換代。 l 構成係統的軟件應具有強有力的應用程序接口(API),以便針對特殊應用編製應用軟件及進行係統功能的擴充和開發。 l 監控係統應有很強的網絡構成能力,並可以在保持已有係統繼續使用情況下實現升級和擴充。係統應允許不同廠家不同牌號的計算機產品在同一網絡中協調運行。 四、一個典型的計算機房場地監控係統實例解析: (一)、硬件結構框圖 如硬件結構框圖(一)所示,監控係統主機采用高技術質量指標和高可靠性要求的工業控製專用計算機。該工業控製計算機主機箱為19"ESA RS-310C國際標準全鋼板結構。前後二個風扇使機箱內始終保持正氣壓,並且前麵的抽風扇帶有防塵過濾網,帶有膠墊的加固壓條可無級調整高度,使各插板不會因振動而鬆動。無源底板有SMT的精密電阻及電容,驅動能力強,選用7國安規認定的直流電源。控製麵板上裝有複位、鍵盤鎖定按鈕開關,在特殊情況下可以打開此開關,同時用機械鎖鎖上控製麵板上的蓋板,此時就鎖定了鍵盤和鼠標,使無關的人員無法動用鍵盤和鼠標進行隨意的操作,確保係統處於監控軟件控製下正常封閉地運行。 主機板為高性能的PLA-450 Series主板,它是一種全尺寸的采用Pentium處理器工業級主機板,同時也是All-in-one CPU card支持Ultra-wide SCSL,使用最先進的 Intel Tritron II chipset,適應於惡劣環境。 PLA-450主機板有4個72芯SLMM插槽,可使板上的DRAM容量從IBM擴展到256MB,板上也可支持突發的同步Cache RAM到256KB,1KB,2KB。這種主機板可工作在PCL/ISA總線的無源底板上。 PLA-450主機板具有一個PS/2鍵盤接口和一個PS/2鼠標接口。它也可以具有兩個RS-232串行口(與帶有16安節FIFO的16C550 UARTS兼容)和一個增強型並口(EPP/ECP)。該卡支持2個PCI ELDE控製器有5種工作模式,可提供大於22KB/see的數據傳輸速率。可控製2個軟驅的軟驅控製器(FDC)。 PLA-450主機板具有快速上電自檢(POST)的LEDS和筒單的錯誤診斷功能。其它的特點包括用硬件可選到16級的中斷的看門狗或非中斷的軟件控製。可備份用戶精確數據的EEPOM;可接PC/104模塊的接口。PLA-450主機板設計了一個特殊的PCI總線控製器,可以使用PCI的VCA模塊或SCSI模塊。  圖(一) 硬件結構框 在係統硬件的IO/AD模塊中,主要采用了16通道的光電隔離輸入板ACLD-9182;16通道繼電器功率輸出板PCLD-785;多功能增益可編程數據采集卡A-821 PGH/PGL(PCL-812PG);32通道數據輸入輸出和3道計數卡ACL-7120,單片機智能控製板HY-51A,工業接線端子板PCLD-780等,現將這些硬件模塊和板卡性能和特點分別說明如下: 1)、ACLD-9182光電隔離輸入板,是一種帶光電耦合器的開關量信號隔離板,它可以實現監控計算機總線與被測機房現場設備之間的完全電隔離,以消除公共地線和電源的幹擾,從而使機房現場設備和監控計算機係統互不幹擾,可靠工作,它還可以實現電平轉換等功能。它的輸入信號采用雙端輸入。這樣,各通道之間是相互獨立的,使用比較方便。 2)、32通道數據輸入輸出和3通道計數卡ACL-7120;該卡包含有32路數據輸入通道,32路數據輸出通道和3個定時器/計數器通道。數據輸入通道具有低負載特性;輸入電壓0.4V時電流為15MA。數據輸出通道的驅動能力為:灌電流24MA,該卡的五個連接器分別為: CN1――數據輸出(0-15)連接器; CN2――數據輸入(0-15)連接器; CN3――數據輸出(16-31)連接器 CN4――數據輸入(16-31)連接器; CN5――計數器連接器。 3)、多功能益可編程數據采集卡A-821 PGH/PGL包括: a、 16通道A/D輸入,其分辨12位,輸出範圍:±10V;±5V;±2V;±1V。觸發方式可為軟件觸發、可編程定時觸發及外部觸發。 b、 2通道模擬信號輸出(D/A):分辨率為12位,輸出範圍:0-5V。 c、 16通道數字量輸入。 d、 16通道數字量輸出。 e、 2個可編程計數器/定時器。 該卡的一個連接器分別為:CN1――數據輸入(DI)連接器;CN2――數據輸出(DO)連接器;CN3――模擬量輸入/模擬量輸出/變時器/計數器連接器。 在監控係統的硬件結構中,監控計算機與門禁控製器,電量測試儀,精密空調機等智能設備通訊中,都采用了RS485通訊方式。ELA RS-485是工業上使用最廣泛的雙向有補償輸線標準。它是特別為能夠高速和長距離發送和接收的工業多工通訊(MULTI-KROP)係統特別開發的。EIA RS-485協議支持每段最大連線長度為1200M,每段最多32個節點,單組雙絞線電纜上的雙向主從通訊,高阻抗,抗噪聲的差分人(有補償線)傳送。傳輸速率最高達到10M波特。 另一方麵計算機場地監控係統,在總體結構選用ETHERNET(以太網)作為係統的網絡結構,符合IEEE802.3標準。目前這種網絡應用十分廣泛,特別是在管理信息係統(MIS)中,以太網的使用幾乎占了絕大部分。這給計算機場地監控係統以後聯入其它計算機管理係統創造了有利條件。在計算機網絡中,有兩種基本的通訊方式,一種是CLIENT/SERVER方式,或稱客戶/口服務器方式,另一種是PEER-TO-PEER方式,或稱對等通訊方式,這二種通訊方式的區別在於互相通訊的二個網絡節點所采用的服務方式。在CLIENT/SERVER方式中,一方是委托方,一方是服務方,二個節點在功能上是有差異的,服務方的工功能比較齊全,它們可以委托方提供不具備的功能。而在PEER-TO-PEER方式中,兩個通訊方具有相同的功能,它們之間可以互相提供服務,以便互相共享資源。但這種方式要求二個節點都是功能比較齊全的節點。因此PEER-TO-PEER實際上是雙向的CLIENT/SERER,具備PEER-TO-PEER通訊能力的係統也可以提供CLIENT/SERER通訊。在我們的計算機場地監控係統中,支持和提供PEER-TO-PEER通訊方式,因此在構成網絡時,很容易實現係統中多個節點之間的信息資源的共享。 (二)、監控係統主要檢測儀、門禁機技術性能和信號連接 (1)、DPM400係列多功能智能數字電力監測儀 該表為美國電力自動化公司(AAP)的產品,該表可測試相電壓、線電壓、係統電壓、相電流、線電流、係統電流、中性線電流、頻率、功率因素、係統有功功率、係統無功功率、係統有功電能、係統無功電能等45個基本電力參數,DPM-420表內有RS-485串行接口可以與計算機聯網集中管理。45種參數可從串行口讀出,通信能力最長可達2000米,一對雙絞線最多可選接32隻電表,並具有搖控及通信功能。每個時間點可記錄20個電力參數,時間可從1分鍾到24小時設置,最多可存儲168個時間點的數據,可從串行口讀出並清除。 (2)、TTDM-24泄漏檢測儀 美國RAYCHEM公司的TTDM-24泄漏檢測儀適應於對水、油、酸、堿多種液體進行泄漏檢測和報警。它由一條檢測液體泄漏的感應線和一個帶顯示報警的控製器二個部份組成。該儀器中氟化物結構使得線纜耐腐蝕強度高,不同於舊式的點感應測漏產品。此感應線纜上的每部分都可感應液體的存在,而且監測範圍廣,直線距離1500米。該儀器適應性好、兼容性強,以微處理器為基礎的報警控製器在泄漏報警之後,可繼續監測,並且在泄漏處有明顯變化之後再次報警。筒單易懂的監測麵板。清晰明確地指示係統狀態,同時具有多種信號接口,不僅有繼電器輸出。還有4-20MA電流輸出口,以及RS-232/485通訊接口,能兼容多種通信信道和多種通信速率。因此該檢測儀可以很方便地納入集中監控係統。 (3)、AC9100磁卡門禁裝置,分為AC9100磁卡鎖控製器和微機網絡係統兩部分組成;即可單獨工作又可連網使用。單鎖工作基本功能有: 用戶可以選擇三種方式中的其中一種開門:設置和刪除允許進門的鑰匙卡:設置AC9100內部時鍾,設置開門時間。 在連網使用時除了具有單鎖工作的基本功能外,還具有如下功能:使用RS-485網絡,可連接100個磁卡鎖控製器,通訊距離可達1200米;在微機的屏幕上可以查看網絡中多磁卡鎖的運行狀況,如果出現磁卡鎖被破壞,微機與磁卡鎖通訊失敗等情況,將在微機的屏幕上顯示報警信息。在微機上查詢每個門的出入門記錄(鑰匙號、持卡人姓名、出入時間以及出門或入門標誌)。使用微機可以對網絡中多磁卡鎖的工作參數進行設置,修改或刪除,這些參數包括:係統碼、密碼、開門方式、允許入門的卡號及個人密碼、磁卡鎖內部的時間和日期、普通卡進出門管製時間、磁卡鎖地址等。可以使用微機通過網絡搖控開門。設置磁卡鎖工作參數和遙控開門等操作需要輸入口令。用戶可以自行修改口令。AC9100磁卡鎖可保存1000次進出門記錄,並通過網絡一次讀入微機。 (三)、監控係統軟件結構特點 計算機場地監控係統遵循“開放”的設計原則,在計算機產品高速發展並快速更新換代的今天,這一點對於保證係統有更長的生存周期,並能隨著計算機平台的更新換代而同步發展有著至關重要的意義。 按照係統設計的要求,SCADA軟件應滿足以下技術條件: l 模塊化:軟件可以按模塊組合。 l 分布式:具有強力的網絡支持,能夠以分布環境方式運行。 l 多平台支持:具有在多種計算機平台上運行的多種版本,具有不同版本有一致的應用層界麵和網絡層界麵,以便實現網絡中多種平台的共同運行。目前用於分布式網絡結構的監督控製和數據采集係統的SCADA軟件有許多,也各有特色。在我們的計算機房場地監控係統中選用FIX軟件,它在眾多的SCADA係統的同類軟件中是性能較為優異的一種。FIX是一個高度模塊化的係統軟件,多個軟件模塊可按一定規則互相搭配,形成不同功能的節點,這些特性合用戶要以根據現場情況,功能要求等多種因素進行綜合考慮組成最適用的應用係統。由於計算機房場地監控係統在進行內部的圖形處理時不是采用點陣圖形處理技術,而是采用基本於第三代圖形技術即麵向目標編程方法(OOPS),使得監控係統具有更直觀、更生動、操作效率更高的特點,同時監控係統是多任務係統,在監控計算機平台上能同進運行多個程序,其內部關鍵程序能按優先權響應更重要的資源要求,在FIX軟件中把程序(任務)分為三種級別: (1)係統任務:係統任務以實時的方式進行處理,係統任務從組態文件中得到指令並有訪問係統資源的優先權。 (2)組態任務:組態任務創建監視和控製過程的指令和邏輯,組態任務還創建組態文件,在係統任務被啟動時,它讀入組態文件並使用其中的信息執行相應的功能。 (3)用戶任務:用戶任務是工作在過程或過程數據中與用戶發生關係的程序,用戶任務也使用組態文件。用戶取樣和建立數據檔案的曆史趨勢應用有三個程序: 曆史定義:是一個組態任務,它選擇被采樣的數據點。 曆史采集:是一個係統任務,它根據曆史定義任務創建的組態文件執行數據取樣。 曆史顯示:是一個用戶任務,它用趨勢圖顯示所收集的數據。 一些程序可以作為不同的任務執行,例如:數據庫建立程序(DATA BASE BUILDER)是創造過程數據庫的組態任務,它還可以作為用戶任務,用電子表格方式顯示實時數據。 監控係統軟件的兩個基本功能是數據采集和數據處理,數據采集是從現場獲得數據並將它們加工成可利用形式的基本功能,通常監控係統通過I/O驅動軟件同I/O硬件設備直接通訊進行數據采集。並將采集來的數據傳送到設備映象表(DIT)的指定地址,接著掃描、報警和控製程序(SAC)讀入從DIT來的數據,進行處理並且將其傳送給過程數據庫。一旦監控係統獲得數據,將進行處理並傳送給需要這些數據的程序,這個過程就是“數據處理”。監控軟件數據處理的主要部分功能如下: (1)過程數據庫是監控和數據采集係統的心髒部分,這個過程數據庫是由過程控製邏輯而形成的一種過程描述,它是由塊和鏈組成,一個“塊”是一組過程控製指令代碼,它執行規定的動作,一般有兩種塊類型。一級塊從DIT讀數據,或寫數據到DIT或者執行規定功能,二級塊處理傳輸給它的數據。一個鏈是一係列連接在一起的塊,它們完成一個控製或監測回路。例如在一個控製回路中,你需要讀一個數據點,用一個標準公式進行計算,然後寫出。這個執行控製策略的鏈可以由一模擬量輸入塊,後麵接一個計算塊以及接在後麵的一個模擬量輸出塊組成。 (2)設備映象表(DIT)可以看作一個信箱的集合體。DIT中的每個信箱的叫一個數據記錄。每個數據記錄可容納一個單個數據點或一批連續的數據點。為了建立一個數據記錄,要規定開始地址和長度。開始地址告訴I/O驅動這批數據從哪個硬件地址開始,長度則告訴I/O驅動有多少個連續的數據需要取出。 (3)I/O驅動是訪問硬件設備和規定通訊參數的工具,每個I/O驅動支持特定的硬件,I/O驅動軟件加載後就能建立和維護DIT,I/O口驅動是按每個數據記錄規定的速度更新DIT,DIT的更新時間。叫數據時間。數據時間可以按0.1秒為增量從0到255秒範圍內取值。 (4)掃描、報警和控製程序(SAC):負責執行數值庫鏈的邏輯,它從DIT取數據,將數據轉換成過程數據庫要求的格式,對照報警檢查數據並產生報警信息,同進負責執行控製邏輯,執行異常檢測,按要求將數據寫入DIT,每個數值庫鏈還包含了SAC應該處理鏈的信息,可選的處理方式有三種:以時間為基礎的處理,以異常為基礎的處理和一次性處理。 ★以時間為基礎的處理:SAC能按0.05秒,秒、分、小時等掃描時間單位處理鏈的信息。 ★以異常為基礎的處理:SAC能在以下情況下執行以異常為基礎的鏈信息處理;DIT數值變化;從過程硬件主動送來的信息操作員的操作,應用程序發出的指令。 ★一次性處理:SAC還能執行“一次性處理”,當一個鏈的掃描時間為零時,SAC隻在鏈開始掃描時執行一次處理。 (5)人機對話(MMI):它提供一個麵向過程的窗口,通過現場傳感器,儀表設備及計算機的共同作用使操作員及時了解現場情況。在監控係統中,采用全圖形化的用戶界麵,以人機交互式方式生成顯示畫麵及完成實時數據的動態鏈接,並且實時地顯示過程現場各種數據的動態變化。 (四)、監控係統主要軟件模塊、軟件分布路徑和係統啟動加載執行程序 1、 主要軟件模塊 1)基本模塊:包括係統組態軟件(SCU),安全保護管理,數據庫顯示及修改。 2)I/O驅動模塊:包括了各種現場I/O設備的驅動程序。 3)數據平台模塊:包括掃描、報警和控製(SAC),報警管理實時數據庫數據處理。 4)人機界麵模塊:包括麵向實體的圖形處理功能。 5)信息服務模塊:包括自動控製和統計處理控製模塊。 6)曆史趨勢模塊:完成曆史數據收集、存檔、顯示等功能。 7)實時數據庫訪問接口(CDA)模塊:提供各種調用去訪問實時數據庫中的數據。 8)曆史數據庫訪問接口(HAD)模塊:提供各種調用去訪問曆史數據庫中的數據。 2、軟件分布路徑和用途 1)基礎目錄(C:/WDMACS):存放全部可執行文件,監控係統其它軟件和數據文件通常是存放於該基礎目錄的子目錄。 2)本地目錄(C:/WDMACS/LOCAL):存放過程數據庫文件總文件(SUC)和係統安全保護文件。 3)數據庫目錄(C:/WDMACS/DDB):存放過程數據庫文件,數據庫管理組態文件。 4)圖形目錄(C:/WDMACS/PIC):存放繪圖和顯示程序使用的圖形複蓋和塊狀態顯示文件。 5)應用文件目錄(C:/WDMACS/APP):建立應用程序及相應的數據文件。 6)曆史目錄(C:/WDMACS/HTK):存放曆史、趨勢、應用三個程序的組態文件。 7)曆史數據(C:/WDMACS/HTRDATA):存放曆史數據文件。 8)報警(C:/WDMACS/RCC):存放報警數據文件。 3、係統啟動和自動加載執行的程序: 1)報警文件任務(WALMFILE.EXE):接收報警信息並將它們存入文件。 2)報警一覽任務(WALMSUM.EXE):按報警一覽鏈接接收報警以進行顯示。 3)報警管理(WNAM.EXE):向各節點分發報警信息。 4)對話監視(WSEMON.EXE):監視係統的對話狀態,在對話中斷時產生報警信息,同時試圖再次接通。 5)啟動對話(WSTRTSES.EXE):在啟動時,接通組態文件中列出的對話。 6)數據庫服務(WDBASRV.EXE):回答係統中的數據請求。 7)掃描、報警及控製(WSACTASK.EXE):根據設備映象表(DIT)更新數據庫,向DIT寫數據及執行數據庫鏈邏輯。 8)曆史采集(HTC EXE):根據設定要求采集曆史數據。 該計算機房場地環境監控係統已穩定運行多年,對提高電腦機房環境設備的監控水平和改變維護管理的現狀都起了積極的作用,為中心機房的計算機及網絡係統設備的安全可靠工作提供了良好的環境。 參考文獻 1 餘 安等編著,計算機場地技術,電子工業出版社,1986年3月 2 張瑞武主編,智能建築,清華大學出版社,1996年8月 3 王常力等編,集散型控製係統的設計與應用,清華大學出版社,1993年6月 4 FIX DMACS GUI Version 3.2-05.95 @Ccopyright 1995 IntellutionRinc 簡介: 姓名:鄭明惠 單位:福建省計算中心 職稱:高級工程師 從事工作:計算機應用 本人的通訊地址: 郵編:350003 福州市鼓屏路益香亭22號 福建省計算中心 電子郵件:zminghui@21cn.com
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